Proposition d’un projet de thèse – Ecole Doctorale « Écologie, Géosciences, Agronomie, Alimentation » – Phytoextraction assistée par bioaugmentation du cuivre de sols viticoles (PHYTOBIO) (OT133)

INFORMATIONS GÉNÉRALES

Champ disciplinaire 1 : Géosciences

Champ disciplinaire 2 : Ecologie

Trois mots-clés : Phytoremédiation, microbiologie des sols, éléments traces métalliques

Unité d'accueil : Laboratoire de Planétologie et Géodynamique

Mode de recrutement : Concours

DESCRIPTION SCIENTIFIQUE DU PROJET DE THÈSE

Contexte socio-économique et scientifique

Le cuivre, à la base des traitements pour lutter contre le mildiou, enrichit les sols des vignobles français (745 000 hectares) depuis plus d'un siècle. Il présente, dans certains vignobles, un risque environnemental avéré. Pour endiguer ce phénomène, la réglementation encadre la quantité de cuivre pouvant être apportée, avec une réduction des doses depuis novembre 2018, mais n'agit pas sur le cuivre historiquement présent dans les sols. La phytoextraction pennet d'extraire, in situ, à moindre coût, les métaux des sols (dont Cu), sur de grandes étendues, tout en maintenant la culture de la vigne et en préservant la qualité agronomique des sols, voire en l'améliorant (réduction de l'érosion).

Pour autant, à ce jour, aucune plante hyperaccumulatrice de cuivre n'a été identifiée; les teneurs modérées prélevées par les meilleures d'entre elles atteignent seulement quelques mg à dizaines de mg Cu/kg MS. Utilisé comme micronutriment en alimentation animale (surtout porcine), le Cu des plantes « phytoextractrices » pourrait, à ces concentrations (idéalement à des concentrations un peu plus élevées), servir de complément nutritionnel.

Hypothèses et questions scientifiques

Les teneurs modérées en Cu prélevées par les plantes les plus performantes (avoine, ray grass, moutarde brune, etc) s'expliquent par l'espèce végétale mais surtout par la faible disponibilité du Cu des sols, surtout en sol carbonaté. Or certains microorganismes peuvent agir à la fois sur la disponibilité du cuivre (complexants de type sidérophores), sur la croissance des plantes (rôle de l'acide indole acétique) et sur leur tolérance à la toxicité des métaux (rôle de I' ACC désaminase). Le couplage de la bioaugmentation des sols par des microorganismes aptes à accroître cette mobilité, associée à la phytoextraction, pourrait améliorer les rendements de phytoextraction. Pour ce qui est du potentiel de mobilisation du Cu, se pose la question de la nature du sol (acide vs. carbonaté), parce que la disponibilité en fer en dépend et qu'en retour, elle régule la production de sidérophores impliqués dans la mobilisation du Cu.

Principales étapes de la thèse et démarche

1. Pré-sélection de plantes accumulatrices de Cu en conditions contrôlées; plantes potentiellement cultivables dans l'inter rang de la vigne (avoine, sarrasin, ray-grass et blé commun) et sur des parcelles de vignes arrachées (maïs, tournesol, chanvre). Les essais porteront sur des sols pédologiquement contrastés typiques de la zone viticole étudiée. Il s'agira à ce stade de vérifier leur tolérance au Cu et leur capacité à I 'accumuler dans les parties aériennes. Par ailleurs, afin d'évaluer l'effet de l'âge du Cu sur le niveau de phytoextraction, des sols enrichis en Cu depuis de nombreuses année seront étudiés vs. ces mêmes sols sur lesquels la quantité de Cu de l'année aura été ajoutée.
2. Essai en conditions contrôlées de couplage bioaugmentation-phytoextraction sur la base de la pré-sélection des plantes et de bactéries sélectionnées dans de précédents travaux (notamment Pseudomonas pulida). Afin d'optimiser l'effet de la bioaugmentation, différentes densités d'inocula, de fréquence d'inoculation ainsi que différentes formulations des inocula seront testées sur des sols contrastés de l'étape l. La colonisation bactérienne du sol sera vérifiée par quantification de )'ADN 16S, sur la base d'amorces spécifiques des souches utilisées de même que l'impact de la bioaugmentation sur l'abondance et la diversité microbienne du sol.

Approches méthodologiques et techniques envisagées

• Utilisation de méthodes et outils des géosciences pour les analyses de métaux (ICP-OES, ICP-MS, XRF de terrain) et pour la caractérisation des phases porteuses (spéciation chimique, MEB-EDX, Spectroscopie Ruman, etc)
• Utilisation de méthodes de microbiologie : microbiologie pasteurienne, microbiologie moléculaire (biomasse moléculaire, biodiversité par technique nouvelle génération (NGS))
• Culture de plantes (phytotron)
• Techniques d'inoculation des sols et couplage bactéries-plantes

Compétences scientifiques et techniques requises pour le candidat :

Bio-géochimie des sols, microbiologie appliquée, biologie végétale, chimie des métaux, chimie analytique

LABORATOIRE D’ACCUEIL ET ENCADREMENT :

Nom de l'unité d'accueil : LPG UMR 6112 CNRS

Nom de l'équipe d'accueil: Thème « Terre »

Nom du directeur de l'unité : Antoine MOCQUET (antoine.mocquet@univ-nantes.fr)

Nom du responsable de l'équipe : Eric BEUCLER (eric.beucler@univ-nantes.fr)

Financement : allocation ministère pour le financement de la thèse (demandée);

financement ADEME pour le fonctionnement de la thèse (acquis)

Contact(s) : 2 rue de la Houssinière, BP 92208, 44322 NANTES Cedex 3

Directeur de thèse

Thierry LEBEAU - Professeur / Université de Nantes (thierry.lebeau@univ-nantes.fr)

Date d'obtention de l'HDR: 2002

Taux d'encadrement doctoral dans le présent sujet: 40

Taux d'encadrement doctoral en cours (directions et co-directions)(%): 40

Nombre de directions/co-directions de thèse en cours : 1

Co-directeur/co-encadrant de thèse 1

Hervé CAPIAUX - Maître de Conférences / Université de Nantes (herve.capiaux@univ-nantes.fr)

École doctorale de rattachement : EGAAL

Taux d'encadrement doctoral dans le présent projet: 30

Taux d'encadrement doctoral en cours (directions/co-directions/co-encadrements)(%): 30

Nombre de directions/co-directions/co-encadrements de thèse en cours: I

Co-directeur/co-encadrant de thèse 2

Cécile Le GUERN - Ingénieur de Recherche / BRGM (c.leguem@brgm.fr)

École doctorale de rattachement : EGAAL

Taux d'encadrement doctoral dans le présent projet: 30

Taux d'encadrement doctoral en cours (directions/co-directions/co-encadrements)(%) : 50

Nombre de directions/co-directions/co-encadrements de thèse en cours : 1

FINANCEMENT DE LA THÈSE

Origine(s) du financement de la thèse: allocation ministère (demandée)

Montant brut mensuel : 1758€ brut/mois

État du financement de la thèse : Non acquis

Date du début/durée du financement de la thèse: octobre 2019

Plus d’information dans le descriptif de l’offre téléchargeable ici.